Pruebas de control de motores eléctricos en servicio

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

PRUEBAS DE CONTROL DE MOTORES ELÉCTRICOS EN

SERVICIO

INFORME DE SUFICIENCIA

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTADO POR:

Julio Joel Caycho Huamancondor

PROMOCIÓN

2004 - 11

LIMA-PERÚ

El presente informe de Ingeniería Titulado Prueba de Control de Motores Eléctricos en Servicio, pretende mostrar la experiencia lograda en este campo de la Ingeniería; así como aportar casos de evaluación reales y las soluciones empleadas.

INTRODUCCIÓN CAPITULO I

BREVE INTRODUCCIÓN AL ANALISIS BASICO DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIONES DE MOTORES ELÉCTRICOS AC, CURVAS DE EFICIENCIA

1.1 Motores de Inducción de Jaula de Ardilla Clase A

1.2 Motores de Inducción de Jaula de Ardilla Clase B 1.3 Motores de Inducción de Jaula de Ardilla Clase C 1.4 Motores de Inducción de Jaula de Ardilla Clase D

1.5 Motores de Inducción de Jaula de Ardilla Clase F

1

3

3

3

4

4

4

1.5.1 Curvas de Eficiencia (Curvas Características) 5

1.6 Selección del Motor antes de la Instalación, Eficiencia, Parámetros Requeridos 7

1.6.1 Eficiencia 9

1.6.2 Instalación Existente o Nueva Instalación 11

1.6.3 Las Condiciones de Instalaciones (Grado de Protección) 11

1.6.4 Tipo de Carga 12

1.6.5 Condición de la Red Eléctrica 12

1.6.6 Potencia, Velocidad y Eficiencia del Motor 14

1. 7 Instalación de los Motores Eléctricos 15

1.7.1 Ubicación 16

1. 7 .2 Cimientos 16

l. 7.4 Alineamiento

1.7.5 Datos de Placa

CAPITULO II

18

19

PRUEBAS ELECTROMECANICAS EN MOTORES ELÉCTRICOS AC, 21

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA, MEDICIÓN DE PARAMETROS, SEGURIDAD DE LAS MEDICIONES Y EN LAS MEDICIONES

2.1 Prueba de Motores Eléctricos en Servicio (Operación) 21

2.1.1 Medición de Parámetros, Operación y Consumo (kW, kVAR, V, I, cos0) 21

2.1.2 Rendimiento por Suma de Pérdidas 21

2.1.3 Verificación de Secuencia de Fases en la Caja de Borneras de la Maquina 22

2.1.4 Medida de Ruidos 24

2.1.5 Análisis Termográfico 24

2.2 Prueba de Motores Eléctricos en Servicio (sin operación) 25

2.2.1 Medida de Resistencia en Continua de las Fases del Estator 25

2.2.2 Rigidez Dieléctrica del Devanado del Estator 26

2.2.3 Nivel de Aislamiento Devanado Estator 27

2.2.4 Medida del Par Durante el Arranque 27

2.2.5 Ensayo de Calentamiento 28

2.2.6 Curva Características de Vacío 28

2.2. 7 Medida del Par Durante el Arranque 28

CAPITULO 111

ANALISIS DE FALLAS DE MOTORES ELÉCTRICOS COMUNES AC/DC; 30 INFLUENCIA DE LA ELECTRO NI CA EN SU COMPORTAMIENTO

3 .1 Circuito de Alimentación Eléctrica

3 .2 Calidad de Energía

3 .2.1 Des balance de Tensión

31

32

3.2.2 Presencia de Armónicas 32

3.3 Aislamiento ₃₂

3 .4 Estator ₃₄

3.5 Rotor ₃₆

3.6 Excentricidad 38

3.7 Influencia de las Corrientes Armónicas en el Funcionamiento de los Motores 38

3.8 Análisis Vibracional en Motores Eléctricos, Fallas Frecuentes 41

3.9 Analisis Espectral FFT (Fast Fourier Transfonnation) 44

3 .1 O Motores Eléctricos Especiales, Pruebas en Servicio 3.10.1 Motores Eléctricos de Electrobombas Sumergibles 3.10.2 Fallas Comunes en Motores Eléctricos Sumergibles CAPITULO IV

45

46

49

NUEVAS TECONOLOGIAS EN EL ANALISIS DE FALLAS EN MOTORES 55

ELÉCTRICOS, TERMOGRAFIA Y ANALISIS ESPECTRAL DE CORRIENTES

4.1 Tennografia y análisis espectral de corriente

4.1.1 Caso 1

4.2 Investigación al Desarrollo de Una Nueva Teoría; Diagnostico de Motores 57 Eléctricos Mediante Análisis Espectral de las Corrientes

CAPITULO V

CASOS RELACIONADOS CON LAS PRUEBAS DE MOTORES

ELÉCTRICOS 60

5.1 Situación 01, Motor Eléctrico 60HP 220Vac 1800RPM - Bomba Circuladora 60 BIT "Isabel Barreto" Cliente Petrolera Transoceánica S.A.

5.1.2 ¿Como se hace la Prueba de Calentamiento por Inducción? 61

5.2 Situación 02, Motor Eléctrico 160HP 220Vac 1800RPM-Electrobomba 62 de Agua Escuela de Oficiales - Fuerza Aérea del Perú

5.2.1 Pruebas Realizadas de Comprobación

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA

62

65

En la Actualidad el Mantenimiento Predictivo y Proactivo se ha convertido en procesos de ejecución de mucha importancia en la Industria Nacional.

Durante el funcionamiento de las Maquinas Eléctricas, en las paradas no Programas o las Paradas de Planta Programadas se realizan una serie de evaluaciones a la maquinaria que una Industria posee con el fin de poder descartar o corregir la presencia de alguna posible falla. Falla que con el pasar del tiempo y estando en operación genera perdidas al detener los procesos.

Siendo los Motores Eléctricos maquinas de gran importancia en la Industria, es importante tener en cuenta su constante evaluación; para lo cual se generan revisiones rutinarias, pruebas de control de diversa índole y monitoreos constantes o programados.

Además, debido al desarrollo constante de la Tecnología se aplican nuevas técnicas de control las cuales, gracias a la electrónica, ha permitido desarrollar nuevos equipos, las cuales permiten evaluaciones muy rápidas que permiten prevenir fallas futuras en el momento adecuado.

El presente informe presenta un análisis en las Pruebas de Control de Motores Eléctricos; este análisis inicia con una introducción a la Eficiencia de Motores, un análisis de sus formas constructivas y su selección, con el fin de poder comprender mejor las Pruebas de Control que pueden aplicarse así como la aplicación de nuevas tecnologías en Pruebas de Control.

Además, se presenta como objetivo el análisis de las Pruebas de Control de Motores Eléctricos teniendo en cuenta los conceptos previos de eficiencia y construcción; mediante la demostración de las diferentes pruebas eléctricas realizadas a motores eléctricos de diferentes tipos en Servicio; así como su respectivo análisis y las soluciones propuestas. Se tiene en cuenta el análisis en forma resumida, el origen de los resultados de estas pruebas realizadas y las investigaciones de las nuevas tecnologías de pruebas de motores eléctricos aplicados.

CONSTRUCCION DE MOTORES ELECTRICOS AC, CURVAS DE EFICIENCIA

A través de la experiencia se ha podido observar que existen varios tipos de Motores Eléctricos Comerciales de Inducción Jaula de Ardilla y están seleccionados en base a su forma constructiva:

Motores a Corriente Alterna de Inducción:

• _{Motores de Inducción Jaula de Ardilla Clase A.}

• Motores de Inducción Jaula de Ardilla Clase B.

• Motores de Inducción Jaula de Ardilla Clase C.

• Motores de Inducción Jaula de Ardilla Clase D.

• Motores de Inducción Jaula de Ardilla Clase E.

1.1 Motores de Inducción De Jaula de Ardilla Clase A

El Motor de Inducción clase A es un motor de jaula de ardilla normal ó estándar fabricado para empleo a velocidad constante. Tiene grandes áreas de ranuras para obtener una buena disipación de calor, y barras con ranuras tipo ondas en el motor. Al inicio, durante el periodo de arranque, la densidad de corriente se eleva cerca de la superficie del rotor; durante el periodo de marcha, la densidad se distribuye con uniformidad. Esta diferencia origina una pequeña resistencia y baja reactancia de arranque, como resultado se genera un par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el nominal (a plena carga). Al inicio el par de arranque es proporcionalmente alto y la baja resistencia del rotor produce una aceleración muy rápida hasta obtener la velocidad nominal. Su regulación de velocidad es mejor que a los demás tipos, sin embargo, su corriente de arranque oscila entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal.

1.2 Motores de Inducción de Jaula de Ardilla Clase B

aumentar la marcha del rotor por el incremento de la reactancia de arranque. Como consecuencia del aumento se reduce un ligeramente el par y la corriente de arranque.

La variación de la corriente de arranque oscila entre 4 y 5 veces la corriente nominal en los tamaños mayor a 5 HP.

Es común el empleo de estos motores a los comparados al clase A para potencias mayores a5HP.

Las aplicaciones típicas comprenden las bombas centrífugas de impulsión, las máquinas herramientas y los sopladores.

1.3 Motores de Inducción de Jaula de Ardilla Clase C

Se caracterizan por poseer un rotor de doble jaula de ardilla, este disefio produce un alto par de arranque y una menor corriente de arranque.

La aceleración es muy rápida debido al alto par de arranque, sin embargo cuando se utiliza en grandes potencias, se limita la disipación térmica del motor por que la mayor parte de la corriente se concentra en el devanado superior.

Cuando el Motor es sometido a arranques frecuentes el rotor tiende a sobrecalentarse. Por su fabricación se adecua mejor a grandes cargas repentinas pero con baja inercia.

Este tipo de Motores Generalmente se emplean en condiciones en las que es dificil el arranque como en bombas y compresores de pistón.

1.4 Motores de Inducción de Jaula de Ardilla Clase D

Se caracterizan por tener alto par y alta resistencia; esto es, debido a que las barras del rotor se fabrican en aleación de alta resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la superficie o están embebidas en ranuras de diámetro pequeño. La relación de resistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en lo motores de clase A,B y C.

El Diseño de este motor permite un servicio pesado de arranque, usualmente se emplean en cargas que requieren alto par con aplicación a carga repentina.

1.5 Motores de Inducción de Jaula de Ardilla de Clase F

El Motor de Inducción clase F es de doble jaula y bajo par. Están diseñados principalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor corriente de arranque de todas las clases. Tiene una alta resistencia del rotor tanto en su devanado de arranque como en el de marcha y tiende a aumentar la impedancia de arranque y de marcha, y a reducir la corriente de marcha y de arranque.

de arranque de 2 a 4 veces la nominal. Los motores de esta clase se fabrican de la capacidad de 25 hp para servicio directo. Debido a la resistencia del rotor relativamente alta de arranque y de march� estos motores tienen menos regulación de voltaje de los de clase B, bajan capacidad de sobrecarga y en general de baja eficiencia de funcionamiento. Sin embargo, cuando se arrancan con grandes cargas, las bajas de corrientes de arranque eliminan la necesidad de equipo para voltaje reducido, aún en los tamaños grandes.

1.5.1 Curvas de Eficiencia (Curvas Características):

Las curvas características de una máquina relacionan entre sí diferentes magnitudes de la misma y permiten analizar su comportamiento en distintos regímenes de funcionamiento de manera precisa.

Para la máquina asíncrona y en nuestro caso en los motores jaula de ardilla AC, las curvas características más importantes son: característica par-velocidad como de la característica par-velocidad de su carga. Ver Figura 1.1. Realizaremos un análisis de esta curva comparando con 02 cargas, los puntos ha analizar serán al arranque, la operación en vacío y con carga en operación:

• Análisis en el Arranque.- En el inicio el arranque se observa que la velocidad es cero (n=O). En el cuadro hemos representado las curvas de las cargas A y B; iniciando el análisis se nota que Mra es el mínimo par resistente que debe aplicarse· a la carga en el arranque (par resistente de arranque de la carga) para ponerla en movimiento.

Mía es el par interno en el arranque del motor, se puede concluir en este caso que siendo Mía > Mra el motor escogido supera el par de arranque necesario para mover las cargas. Se considera que el par de arranque debe ser entre 1,25 y 2,5 veces el valor del par nominal (Mn), en estas condiciones la corriente en el arranque la tomara un valor entre 5 y 8 veces la intensidad nominal In. Ver Figura 1.2

con el rozamiento interno y el momento de inercia de su rotor) y la velocidad de vacío (n = no) está cercana a la velocidad de sincronismo. (En la Figura 1.1 se observa que es el Punto P.

( Curva Motor )

M1

M;a

L---

---Mn

p

n1 nn no n

Figura 1.1 Curva Par - Velocidad

• Análisis de Funcionamiento con Carga.- Al funcionar el motor con carga se entrecruzan las curvas características de las cargas y el motor; siendo la velocidad en la que el par motor se iguala al par resistente.

En la figura se observan 02 casos:

1.- Punto (Mn, Nn): Conocido como par Nominal.

2.- Punto (Ml, Nl): Al modificar la carga de manera que el par resistente cambiara (curva de la Carga B) tendríamos un nuevo punto de funcionamiento estable (Ql) en el cual el motor debería disminuir la velocidad para suministrar un par mayor.

b ). Curva Corriente-Velocidad:

Cuando un motor es puesto en Servicio se observa que la corriente solicitada es considerable y puede provocar una caída de tensión.

c). Característica de Velocidad:

Representación la velocidad en función de la potencia útil, la representación mantiene constante la tensión de alimentación y la frecuencia ( n=f(PU); U=cte; f=cte ). Se puede observar generalmente que la velocidad se reduce muy poco con la carga, entre un 2% y un 5% de la velocidad de sincronismo. Ver Figura 1.4

d). Característica de Factor de Potencia:

Esta característica nos representa la variación del factor de potencia en función de la potencia útil.

De aquí podemos analizar el concepto del consumo de la Energía reactiva si el Factor de Potencia es menor el consumo de Reactiva se incrementa; es decir, si la potencia no es la adecuada o es inferior a la Potencia útil el consumo de Reactiva se incrementa; lo cual en términos económicos incrementa el gasto. Ver Figura 1.5

e). Característica de Rendimiento:

Esta característica nos representa el máximo rendimiento aprovechable en un motor eléctrico. Usualmente los valores en este Punto se definen como los valores nominales. Mientras más se aleje o se acerque a este valor las pérdidas se incrementarán o la eficiencia del motor se verá reducida.

1.6 Selección del Motor Antes de la Instalación, Parámetros Requeridos. Usualmente la selección de un motor eléctrico tiene las siguientes premisas:

2D- 1 Figura 1.2 Curva Par - tiempo en arranque estrella triangulo

1

Coniente ₁₁ 7

6

5

3

2

1

�

�� &.,,,,,

"'-�,,.6.-� "".�

�4. g. I\

\

_'

0,25 0,50 0,75

cwva de comente1Veloci<1a<1 del arranque <Jire.cto

Velocidad

Figura 1.3 Curva de CorrienteN elocidad del Arranque Directo

n

Pu

Figura 1.4 Características de Velocidad

1

Instalación nueva o existente.

Condiciones Ambientales de Operación. Tipo de Carga.

Condición de la red Electrica. (V ,F)

Potencia y Velocidad

Coscp

0.,2

1 P/Pu

Figura 1.5 Características de Factor de Potencia

1.6.1 Eficiencia.

La eficiencia de los motores eléctricos puede plasmarse en una ecuación simple:

Perdidas= _{El-E2 (1.1)}

Donde:

El es la energía que transmite la fuente

E2 es la energía que consume la Carga

Perdidas= O; es decir, El =E2

El hecho que podamos obtener una perdida mínima significa que la Energía que transmite la Fuente debe ser consumida por la Carga "casi" en su totalidad.

Esto da a lugar a pensar que para que la ENERGIA TRASMITIDA sea consumida "casi"

mismo sucede con la ENERGIA CONSUMIDA; debe serlo suficiente para poder satisfacer

la carga. Ver Figura 1.6

En la Industria Nacional se observa muy frecuentemente una apreciable diferencia entre la

Energía transmitida y Energía Consumida en la Medición de Parámetros de Motores

Eléctricos en Servicio lo cual está estrechamente relacionado a la eficiencia y por

consecuencia a su Selección:

EFICIENCIA DEL SISTEMA

. �

Selección + Instalación· + Mantenimiento

. E

.

> , �-::� :· ... ·

t,

�érd

_

l��•

�

.

e, _{1' 'l} r-"'

1

-

r='')

', ,,J_..=;..-.., Figura 1.6 Eficiencia del Sistema

Algunas observaciones comunes en los motores en Servicio en cuanto a su operación:

a.- Frecuente presencia de corriente consumida mucho menor (50%-60%) o al limite

(90-100%).

b.- Caída de tensión a la puesta en servicio y durante la operación. c.- Alto consumo de energía reactiva.

d.- Calentamiento de rodajes, cables de alimentación o carcasa.

El informe tratará como realizar estas mediciones, así como su significado, la solución

1.6.2 Instalación Existente o Nueva Instalación.

Por norm� todos los motores están diseñados para operar en un ambiente con temperatura

promedio no superior a 40 ºC. La instalación en cualquier ambiente por encima de esta

condición hará que el motor deba ser operado a una carga menor a la carga nominal

diseñada.

Esto sucede porque las propiedades refrigerantes disminuyen. La vida útil de un motor está

principalmente en su devanado. Si la refrigeración es deficiente, el devanado se debilita y

sufre daños severos (recalentamiento, perdida de aislamiento). Generalmente, los motores

jaula de ardilla están refrigerados mediante aire; en al_gunos casos por Agua como es el caso especial de motores sumergibles que veremos en un Capitulo mas adelante. A mayor

altitud sobre el nivel del mar, el aire toma una densidad mayor y a una misma velocidad, se

tendrá menor flujo de aire. En cuanto a la temperatura ambiente, es necesario garantizar

que el motor no tendrá una elevación de temperatura tal que lo haga tener un calentamiento

por encima de su límite térmico ( definido por su clase de aislamiento). 1.6.3 Las Condiciones de Instalación (Grado De Protección).

Otro punto a considerar son las condiciones propias del ambiente en que se encuentra

operando: Contaminación, presencia de agentes químicos, utilización en lugares abiertos o

cerrados. Para garantizar una adecuada selección de motor, es importante conocer el

significado de grado de protección IP, definido según normas internacionales. IP significa

INTERNAL PROTECTION y determina el grado de protección (mecánico) o de

encerramiento del motor. Viene se_guido de dos cifras características; la primera de ellas indica la protección contra el ingreso de cuerpos sólidos y la segunda indica la protección

contra el ingreso de líquidos.

Los grados de protección mas comunes que se pueden encontrar son:

IP21: Protegido contra contacto con los manos, contra ingreso de cuerpos sólidos mayores

que 12 mm y contra gotas de agua que caen verticalmente.

IP22: Protegido contra contacto con los manos, contra ingreso de cuerpos sólidos mayores

que 12 mm y contra gotas de agua hasta una inclinación con vertical de 15°.

IP55: Protegido completamente contra contacto, contra acumulación de polvos nocivos y

contra chorros de agua en diferentes direcciones.

En caso de ambientes agresivos, es necesario prestar especial atención, pues en ocasiones

los motores estarán expuestos a vapores ácidos, álcalis y solventes, como industrias

Es también importante considerar si el motor será instalado en un área clasificada (lugares donde se almacenen productos inflamables), pues en estos casos se requieren cuidados especiales que garanticen el mantenimiento de los equipos y especialmente, no pongan en riesgo la vida humana.

1.6.4 Tipo de Carga

Tal como se pudo apreciar en las curvas características, la ·carga es la que define la potencia y velocidad del motor. En la _gran mayoría de aplicaciones, el motor jaula de ardilla puede soportar cualquier carga en su eje, para la selección adecuada se debe realizar

un análisis de cuál será el momento de inercia, la curva Par-Velocidad de la carga. Estos puntos nos ayudan a definir cómo será el comportamiento dinámico del motor con su máquina de trabajo y cuáles serán los tiempos de arranque. Lo mejor es conocer las condiciones de la carga durante la especificación del motor, pues el comportamiento varía,

dependiendo de ésta. Máquinas; por ejemplo, las bombas y ventiladores tienen un comportamiento específico diferente de molinos, trituradoras y diferente de transportadoras

o de máquinas herramientas o elevadores de cangilones u otros. Cada maquina posee un

torques de arranque diferente siendo sus ciclos de trabajo muy diferentes de una instalación a otra.

1.6.5 Condición de la Red Electrica

Las principales características que identifican un red eléctrica son la tensión (voltaje) y frecuencia. En Perú la frecuencia normalizada es 60 Hz. Dada la diversidad de tamaños de

industrias, no hay una única tensión, por lo que es usual que los motores tengan doble tensión, generalmente 220/440 V ac. Industrias "_grandes" tienen tensiones mayores, como pueden ser 380Vac, 480 Vac, 550Vac o altas tesiones como 1000 o 2200Vac.

Se acostumbra a que los motores con potencias de potencias de 1 O HP o superiores sean

aptos para el arranque Estrella-Triángulo, con variadores de velocidad o arrancados

electrónicos, con el objetivo de que la red no se desestabilice por las altas corrientes consumidas durante el arranque directo. Según el tipo de arranque los motores poseen de 3 a 12 cables en la caja de bornes. Esta característica les hace aptos para funcionar

prácticamente en cualquier red, pero es importante tener bastante precaución en las conexiones, pues con mayor cantidad de uniones a realizar, se puede presentar mayor cantidad de errores. Esto debe evitarse durante la etapa de instalación.

Uno de los momentos más críticos para el motor, la red y la carga es el arranque. Por sus

características propias, el motor jaula de ardilla consume durante el arranque una corriente

que puede oscilar entre 5 y 8 veces la corriente nominal. El arranque es el periodo en el

que el motor hace la transición desde su estado de reposo (sin movimiento) hasta su

velocidad nominal.

Para la red, la mejor condición de arranque es aquella en que este tiempo de transición es el

mínimo posible y la corriente consumida ( corriente pico o corriente de arranque) es la

mínima posible. Para el motor, la mejor condición de arranque es la que garantiza el menor

calentamiento. Para la carga, la mejor condición es aquella que garantiza los menores

desgastes mecánicos. En general, el tipo de arranque de cada aplicación debe ser analizado

adecuadamente para lograr el mejor equilibrio entre las tres parte mencionadas

previamente. Tal como analizamos en las curvas características, en este caso es muy

importante tener en cuenta el Par de Arranque de Motor y Carga. La mejor selección puede

generar la reducción de consumos de energía y por consecuencia se pueden tener en cuenta

criterios económicos.

Existen los siguientes tipos de arranque:

-Directo. El motor tendrá una corriente de arranque normal (hasta ocho veces la corriente

nominal) y un par de arranque normal.

-Estrella-Triángulo. La corriente y el torque se reducen a la tercera parte (hasta tres veces

la corriente nominal).

-Por Autotransformador. El autotransformador es fabricado para entregar al motor una

tensión menor de la nominal. Esta tensión puede estar entre el 30% y el 70% dependiendo

de la aplicación. La corriente y el torque variarán en proporción cuadrática a la tensión de

alimentación.

Variador de frecuencia ( variador de frecuencia). Mediante este método, se logra limitar la

corriente de arranque a valores de hasta dos veces la corriente nominal, mientras se obtiene

un torque de arranque adecuado para cualquier aplicación. Además, la transición será la

operación, además de que permite realizar control de velocidad preciso, gracias a los avances de la electrónica de potencia y control.

En los primeros tres métodos se da una transición brusca desde el reposo hasta su velocidad de régimen. En los métodos 2 y 3, adicionalmente se da una transición desde el estado de tensión reducida a tensión plena. En el método 4, se logra una transición menos brusca, pero aún con algunos saltos, pues lo que se está controlando es la tensión de alimentación, tener en cuenta el empleo de la electrónica en estos casos, la cual da lugar a la inyección de corrientes armónicas a la Red . En el método 5, se logra una transición mucho más suave, pues se está controlando efectivamente la velocidad del motor y de la carga.

1.6.6 Potencia, Velocidad y Eficiencia Del Motor

En resumen, un motor eléctrico es una máquina que transforma potencia eléctrica tomada de la red en potencia mecánica en el eje o el acople que genera esta transferencia.

La potencia eléctrica obedece a la siguiente relación

Donde:

P: Potencia en kW

V: Voltaje o tensión en voltios I: corriente en amperios

Cos <p: Factor de potencia

P = �

*

V

*

I * Cos <p

La potencia mecánica obedece a la siguiente relación

P = T * n/ 9550

Donde:

P: Potencia en kW

T: torque en Nm El torque es la capacidad del motor de hacer girar cargas.

n: velocidad en rpm

(1.2)

Al realizar la selección de un motor, lo primero que se debe considerar es cuál es la velocidad necesaria de rotación de la carga y cuál será el torque requerido del motor para poder llevar a la carga a sus parámetros nominales de empleo (funcionamiento). La potencia de selección del motor será entonces una consecuencia de los factores velocidad y torques.

La capacidad de sobrecarga del motor será un factor a considerar, pues el ciclo de carga puede exigir al motor que en ciertos momentos suministre mayor potencia de su potencia nominal (o normal). Esta capacidad es conocida como Factor de Servicio (FS).

Como se indico al inicio, una máquina consume más potencia de la que entrega, por lo que es importante recalcar el término de eficiencia. La potencia que el motor consume y no convierte en potencia de salida son pérdidas. La eficiencia o rendimiento es una medida de qué tanto desperdicia una máquina.

La eficiencia se calcula según la siguiente relación

r¡ = Ps / Pe Donde:

Ps es la potencia de salida, en este caso potencia en el eje Pe es la potencia de entrada, en este caso potencia eléctrica

(1.4)

De esta forma, entre mayor eficiencia, menor desperdicio y consecuentemente menores costos de operación. Contrariamente, entre menor eficiencia, mayor desperdicio y mayores costos. En un solo motor, tal vez no sea notorio, pero para una industria que tenga 100 o 200 motores, o más, la eficiencia es un punto muy importante a considerar.

A manera de ejemplo, un motor de 15 HP estándar tiene una eficiencia de 89%, mientras que un motor de Alta Eficiencia tiene un valor de 92%. Su diferencia en precios puede ser de 30%. Para un uso de 16 horas diarias durante todo el año y con un costo de energía de $130/k.W-h, esta diferencia se paga en un periodo de tan solo 15 meses. A partir de este momento, el uso del motor de mayor eficiencia generará ahorro para la compañía.

1.7 Instalación de los Motores Eléctricos - Se tiene en cuenta los siguientes factores: 1. 7 .1. - Ubicación.

1.7.4.- Alineamiento.

1.7.5.- Datos de Placa.

1. 7.1 Ubicación

Un motor tipo abierto tiene que ser instalado en lugares libres de humedad, polvo,

contaminación por pelusas de diferentes materiales ( algodón, cascarillas u otros), y hay que

dejar espacio para el mantenimiento y reparaciones.

Los motores que soportan cierto grado de humedad (goteaduras) se emplean en donde el

ambiente es medianamente limpio y no corrosivo.

Los motores totalmente cerrados pueden instalarse en lugares en los que halla excesiva

suciedad, humedad y corrosión, o para su empleo a la intemperie.

Los motores totalmente herméticos refrigerados por agua son motores especiales los cuales

requieren cumplir condiciones de montaje adecuadas, además de su condición de

ubicación.

Cuando existen situaciones ambiéntales inusuales, como alta temperatura, vibraciones

excesivas, etc., deben utilizarse carcasas y disposiciones especiales para la instalación.

Los problemas de humedad hacen necesarios ciertos cuidados especiales. Deben utilizarse

guardas o cubiertas para proteger las partes conductoras de corriente que estén

descubiertas, y el aislamiento de los conductores de entrada del motor en situaciones en las

que pueda ocurrir goteo o pulverización de aceite, agua u cualquier líquidos nocivos, salvo

que el motor sea diseñado especialmente para las condiciones existentes o solicitadas en la

instalación.

l. 7.2 Cimientos

Es esencial una cimentación rígida para tener vibraciones mínimas y la alineación correcta

entre el motor y la carga. Los mejore cimientos son los de concreto (hormigón), reforzado

según se requiera, en especial para motores y cargas grandes. Si el concreto tiene suficiente

masa, constituye un soporte rígido que minimiza las deformaciones y vibraciones. El

concreto puede colarse sobre el suelo, acero estructural o sobre los pisos del edificio,

siempre que le peso total de motor, maquina impulsada y cimientos no exceda la capacidad

de carga establecida parar la estructura.

En caso de que un motor deba montarse en una estructura de acero todos los apoyos deben

ser del tamaño y la resistencia correctos y estar bien sujetos para máxima rigidez.

Los requisitos para una base bien nivelada son críticos. Por lo general, para instalar un

motor hay 4 puntos de montaje, uno en cada esquina de la base. Todos los puntos de

montaje deben estar en el mismo plano exacto o el equipo no quedara nivelado.

Ante de colar el concreto, es necesario marcar la posición de los pernos de anclaje firme,

pero no rígido. Se recomienda utilizar una base fabricada con acero entre las patas del

motor y el cimiento. 1.7.3 Montaje

En el caso de motores pequeños, se dispone de bases y adaptadores deslizantes para su uso

en maquinas de armazón T que sustituyen a motores antiguos. Es necesario determinar su

van a montarse en el motor otros componentes o equipo, tales como un reductor de

engranes, acoplamientos especiales y bombas, a fin de dejar el espacio libre necesario.

Después de colocar la base en su lugar, y antes de fijarla, deben utilizarse los suplementos

que sean necesarios para nivelarla. Para ello puede utilizarse un nivel de burbuja ordinario,

comprobando en dos direcciones perpendiculares, a fin de asegurarse que la patas del

motor estará en el mismo plano y que la base no se combará al apretar los pernos en ella.

El motor se coloca sobre la base, se instalan las tuercas y se aprietan con una torsión

menor de la especificada; el apriete señalado debe aplicarse después de alinear. En las

normas NEMA se indica las dimensiones para el montaje con patas o con bridas.

Es necesario comprobar la alineación después de montar. a). Métodos de Montaje que Minimizan el Mantenimiento.

Muchos de los problemas que se presentan en los motores tienen origen en la forma en que se instalan. En muchos casos, el cimiento o la placa de base están mal diseñado, mal construido, o ambas cosas. El resultado inevitable es vibración, desalineación de los ejes (flechas), daños a los cojinetes, e incluso ruptura del eje o de la armazón a carcasa lo cual suele acarrear, además, una grave falla eléctrica.

Si el motor va a montarse sobre una base de concreto (hormigón), es esencial que el

cimiento sea rígido a fin de minimizar las vibraciones y la desalineación durante el

funcionamiento. Los cimientos deben ser de concreto macizo, con sus fundamentos a

suficiente profundidad para que descansen sobre una sub-base firme. b) Vaciado y Calzamiento

El vaciado de gran importancia para la firmeza, rigidez y estabilidad de la cimentación. Ni

estén enclavadas o ahogadas en la lechada. Es muy importante el empleo de las lechadas correctas, y hay que utilizar la mezcla recomendada de arena, cemento y agua.

El empleo correcto de las calzas es también esencial para el buen montaje del motor en el cimiento. Una forma de lograr un calzamiento correcto consiste en quitar los suplementos e inspeccionarlos en cada punto de soporte antes de efectuar la alineación final.

Es necesario tener presente la razón del uso de las calzas. No son solo para colocar mas alto o mas bajo el motor, sino también para que queden bien alineados los ejes de las maquinas.

Otro aspecto esencial de una buena cimentación es la estabilidad. Una vez que la base esta bien conformada e instalada no debe modificarse. A veces, el calor excesivo puede crear problemas. Por Ej., el exceso de calor al soldar con arco o gas perjudicara la base. En climas muy secos y calidos se ha dado el caso de que una base de acero se combe o tuerza cuando recibe el calor del solo por un lado y el otro lado esta a la sombra

1.7.4 Alineamiento

Los cimientos para el motor y la maquina impulsada han de proporcionar una relación fija y permanente entre el motor y su carga. Los cimientos deben proporcionar un anclaje firme para mantener la relación fija después de alinear.

El motor se coloca en su sitio de modo que se obtenga el espaciamiento correcto entre el eje del motor y el de la maquina impulsada.

Para ajustar la posición del motor se utilizan tornillos, calzas o suplementos ("lainas"), etc. Al ajustar la posición del motor es necesario tener el cuidado de comprobar que cada uno de sus puntos de apoyo tenga los suplementos necesarios antes de ajustar los tornillos, de modo que solo se puede introducir en el punto de apoyo un "filler" que de una medida de no mas de 0.05 mm (2 milesimas) de espesor.

La desalineación angular es el grado en que las caras de las 2 mitades de un acoplamiento están fuera de paralelismo. Para determinar como en una mitad del copie se monta un indicador de carátula, con su botón apoyado en la otra mitad, y se hacen girar 360º ambos ejes en conjunto, para apreciar las variaciones de la lectura.

Es Importante que el motor y su carga estén bien alineados en las condiciones y

temperaturas reales de funcionamiento. Si están bien alineados a la temperatura ambiente,

pueden desalinearse en forma grave por deformación o dilatación térmica diferencial al

aumentar la temperatura. Por ello, se debe comprobar la alineación después de que el

motor y la maquina impulsada han llagado a su temperatura máxima con carga.

Después de alinear el motor con la carga, se fija en su lugar con pernos de mayor tamaño

posible. Es aconsejable la posibilidad de variar un poco la ubicación de los pernos de

anclaje; para ello estos elementos se instalan dentro de tubos de acero enclavados o

embutidos («ahogados») en el concreto.

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•

•

.. _..... _

Figura 1.7 Gramil

Los motores y maqumas conectados que quedan bien alineados al instalarlos pueden

desalinearse mas tarde por desgaste, vibración, desplazamiento de la base, asentamiento de

los cimientos, dilatación y contracción térmicas, o corrosión. Por ello es aconsejable

comprobar la alineación a intervalos regulares y corregirla en caso necesario. 1.7.5 Datos de Placa.

La placa de datos o de identificación de los motores se suministra una gran cantidad de

información útil sobre diseño y mantenimiento. Durante la instalación la información sobre

la placa es de máxima importancia para la ejecución rápida y correcta del trabajo.

Los Información que posee la placa usualmente contiene Nombre del fabricante, tipo,

(rpm), frecuencia (Hz), numero de fases, corriente de carga nominal (A), voltaje nominal

SEGURIDAD DE LAS MEDICIONES Y EN LAS MEDICIONES.

Entre las pruebas que se pueden realizar en motores eléctricos tenemos las siguientes:

- Pruebas de Motores Eléctricos en Servicio (Operación):

* Medición de Parámetros Operación y Consumo (kW,kV AR, V, I, cos0)

* Rendimiento por suma de pérdidas.

* Chequeo de la secuencia de fases en la caja de bornes de la máquina.

* Medida de ruidos.

* Análisis termográfico

Nota: El análisis vibracional es otro tipo de pruebas que se realizan las cuales serán

tratados en el Capitulo 111

- Pruebas de Motores Eléctricos en Servicio (Sin Operación):

*

Medida de resistencia en continua de las fases del estator. * Rigidez dieléctrica del devanado del estator.

*

Nivel de aislamiento devanado estator.

*

Medida del par durante el arranque.

*

Ensayo de calentamiento.

* Curva característica de vacío.

* Medida del par durante el arranque.

2.1 Pruebas de Motores Eléctricos en Servicio (Operación)

2.1.1 Medición de Parámetros Operación y Consumo (kW,kV AR, V, I, cos0)

Se realiza mediante el empleo de 01 Multímetro Digital, una Pinza Amperimétrica y/o

equipos Analizador de Redes, en nuestro casos empleamos el Fluye 43B o 434. Ver Figura

2.1

Las mediciones se realizan teniendo en cuenta que los resultados de la medición se

encuentren dentro de los parámetros de operación indicados en la Placa, Ver Figura 2.2

Figura 2.1 Medición de Parámetros Operación y Consumo _{k W ,k} V AR, V, _I, cos ₀

I (A).. . . . . . . . . . . . ... .

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t (seg)

Figura 2.2. Onda de Corriente Medida a Motor Eléctrico 275HP 440Vac.

Electrobomba Turbina de Gas Cliente Techint - Camisea

Es la medición que se realiza a los consumos de corriente y potencia con el fin de

determinar el rendimiento real restando las pérdidas por construcción del motor, desgaste

del motor por tiempo de trabajo ( estado de componentes eléctricos y mecánicos) y sus

condiciones de instalación (pérdidas por alineamiento, dimensionamiento, desgaste u

otros).

2.1.3 Verificación de la Secuencia de Fases en la Caja de Horneras de la Máquina.

La Secuencia R-S-T- indica el sentido de giro del motor eléctrico (horario); el

Fases (Fluke 940) se conectan los 03 terminales del equipo en la Fuente de Alimentación

del Motor Eléctrico. Ver Figura 2.3 .El equipo indica en pantalla cual es la secuencia de

Fases siguiendo el Orden Ll,L2 y L3 en función de las salidas de los cables.

t

l

Figura 2.3 Secuencimetro

Como parte de la experiencia profesional tenemos el siguiente aporte útil:

Concepto de Medidor de Secuencia de Fases de laboratorio Simple, el cual se muestra la Figura 2.4.

El concepto parte de dimensionar la Resistencia de Lámpara y el Capacitor.

En nuestro Caso la Resistencia de ambas Lámpara fue de 0.45 Ohms, resultando por

aplicación de la formula el valor del Capacitor 5.89 Uf. Seleccionadmos el valor comercial

6.6uF

El medidor indica que se selecciona arbitrariamente el punto 1 en la figura 09 como Fase

R; al conectar al Red y cuando encienda cualquiera de las lámparas, esta será la FASE S;

en nuestro caso es la número 3, siendo la restante la secuencia T.

La Búsqueda de Información nos permite agregar inclusive un diagrama electrónico para la fabricación de un secuencimetro de fase con Leds:

No ha sido fabricado por nosotros; sin embargo, es un pequeño proyecto pendiente de

realizar, el cual si funciona. Ver Figura 2.5

r

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i,

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-

-

l

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,

-

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1

.

Selecting #1 as R we see that the brightest lamp is #3 wire, therefore the sequence is:

1 - 3 - 2

The brightest lamp lndicates the U m

phase that follows R (the capacltor terminal of the indlcator).

Figura 2.4 Esquema de Sencuencimetro de Fase Simple de Laboratorio

2.1.4 Medida de Ruidos.

El ruido provocado en un Motor Eléctrico en funcionamiento puede indicar las siguientes

fallas:

• Rodajes con Desgaste o falta de Lubricación.

• _{Desalineamiento con el acople. (Vibración)}

• Deficiente Fijación a los cimientos. (Vibración)

• Pérdidas de 01 o mas Fases.

Es importante por lo tanto al inicio o en el proceso inicial de funcionamiento de un motor

eléctrico evaluar esta prueba. Preferible durante un tiempo determinado desde el arranque.

Muchas veces el ruido se indica al momento exacto en que se produce la Falla, lo cual

puede salvar al Motor Eléctrico en el preciso instante.

El Análisis termográfico es una de las nuevas formas de Prueba de Motores eléctricos en

Servicio. El análisis puede prevenir y determinar o preswnir la probable falla en el

momento de la Prueba. Este tema se tratará en el capitulo IV del presente informe.

R _"'-' s

GND _{Indicador de secuencia Trifásica}

-=

Figura 2.5 Esquema Electrónico para Fabricación de un Secuencímetro

2.2 Pruebas de Motores Eléctricos en Servicio (Sin Operación) 2.2.1 Medida de resistencia en Continua de las Fases del Estator.

La Resistencia óhmica se mide por el método de caída de voltaje (voltímetro

amperímetro); en el caso de resistencias elevadas se emplea el Puente de Wheatstone

(Transformadores), pero es un método que no se tratará en este caso.

El Método indica 02 casos; cuando se espera obtener resistencias pequeñas ( décimas de

Ohms) o valores mayores (décimas de Ohms o mayores).

Podemos guiarnos a través del diagrama de conexiones siguiente: Ver Figura 2.6

Aplicando una tensión de 220V de, se mueve el reóstato con el fin de obtener valores de

Tensión y corriente.

Se debe tener en cuenta que la corriente debe ser evaluada por constantemente para que no

El valor promedio de la Resistencia obtenida será la resistencia Óhmica del Motor

Eléctrico.

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Figura 2.6 Diagrama de Conexiones - Medida de Resistencia de Estator 2.2.2 Rigidez Dieléctrica del Devanado del Estator.

El ensayo de rigidez dieléctrica se puede definir como la prueba que se le realiza al aislante

hasta el instante de perforación, aplicándole una determinada tensión.

El aparato que se utiliza para este tipo de ensayo es el medidor de rigidez dieléctrica. Este

Se debe someter a tensión a cada uno de los bobinados y masa, y a los propios bobinados

aislados entre si. El ensayo debe comenzar aplicando una baja tensión, que se ha de

aumentar progresivamente hasta llegar a la tensión eficaz de ensayo.

La tensión eficaz de ensayo (Uee) será de 1 000 voltios más dos veces la tensión nominal

del bobinado; como mínimo será de 1 500 V.

Por ejemplo;

Si V nominal del motor eléctrico es de 380Vac.

La tensión mínima debe ser:

1000Vdc+2x380Vdc = 1760 Vdc

2.2.3 Nivel de aislamiento devanado estator.

(2.2)

La medida de aislamiento se realiza para comprobar si dos partes independientes de un

motor eléctrico se encuentran unidas eléctricamente.

El aislamiento es uno de los factores más importantes para que la máquina pueda estar en

perfecto estado de funcionamiento. Nos da el grado de envejecimiento del aislante de las

bobinas

Para ello, se recurre a la medida de resistencia de aislamiento y al ensayo dieléctrico o

rigidez dieléctrica.

Generalmente, estas mediciones se realizan entre coda uno de los circuitos eléctricos y

masa, y entre coda uno de los circuitos eléctricos, que deben estar aislados entre si. La

medida de aislamiento se realiza con un medidor de aislamiento (megger).

La resistencia· de aislamiento, dada por el CEI (Comité Electrotécnico Internacional)

recomienda que el valor mínimo de aislamiento sea de 1 000 S2 por voltio; por

consiguiente, según la expresión será:

Raisl > 1000 x U

Donde:

Raisl = resistencia de aislamiento con un valor mínimo de 250 Kohms

U = tensión mayor de los bobinados en voltios 2.2.4 Medida del Par Durante el Arranque.

Como dijimos anteriormente un motor eléctrico acoplado a una carga debe estar en

capacidad de poder proveer un par suficiente para mover las partes en movimiento. Este

par se debe medir con el fin de poder garantizar la capacidad de este motor.

La medición del par se efectúa con una prueba de tensión reducida de 1/3 del valor

nominal al frecuencia nominal y a rotor bloqueado. 2.2.5 Ensayo de Calentamiento.

Se conoce también como prueba de calentamiento; estas pruebas se realizan con el fin de

que el motor no supere su Temperatura de Régimen Térmico. La importancia de la

Con estos valores podemos comprobar problemas mecánicos por desbalance, ruidos,

conexiones en mal estado u otros fallas antes de la puesta en servicio.

Usualmente al internamiento de un motor eléctrico, se suele, realizar un registro de estado;

en la cual se realizan las Pruebas de Aislamiento al Estator y el giro manual del rotor

externamente, si la prueba es conforme; se realiza una prueba en vacío por un tiempo

determinado a fin de determinar alguna falla existente previo a la reparación que se

indique.

La misma prueba se realiza al termino de la reparación, con esto se comprueba alguna falla

en el armado o alguna reparación no conforme que se haya realizado en el motor eléctrico.

La Prueba es simple, consiste en la aplicación de la tensión nominal del motor según como

este operando en Servicio para obtener los parámetros indicados anteriormente, siendo la

tensión nominal la tensión de Placa.

2.2. 7 Medida del Par Durante el Arranque.

Se realiza al motor eléctrico para poder determinar la capacidad de poder accionar una

maquina acoplada directamente o por transmisión.

Para la Prueba se aplica una valor de tensión de 1/3 del valor nominal (V 1/Jn), a la

frecuencia nominal y estando el rotor bloqueado.

Se coloca un brazo en el extremo del eje sujetando un dinamómetro para medir la fuerza

El par de arranque a 1/3 del Tension nominal (T 113n) será el resultado del valor medido por el Dinamómetro multiplicado por la Longitud del brazo.

Como la tensión obtenida es a 1/3 de la nominal se corrige el valor a tensión nominal de la siguiente forma:

INFLUENCIA DE LA ELECTRONICA EN SU COMPORTAMIENTO.

A través de la práctica se ha podido observar las siguientes fallas existentes en los motores

eléctricos:

- Barras del rotor rotas o rajadas.

- Anillos del rotor rajados.

- Juntas de alta resistencia en el bobinado de la jaula.

- Poros o agujeros en los rotores de aluminio.

- Rotores con reparaciones de cobre mal soldadas.

- Problemas en el bobinado en los motores de inducción, bajo aislamiento.

- Irregularidades estáticas o dinámicas en el espacio entre el rotor y el estator

- Desequilibrio magnético y dinámico.

- Eje alabeado o dilatado

- Estator, rotor o rodamientos ovalados o dañados.

- Falso contacto.

- Sobrecarga o caída de Fase sin operación de equipo de Protección.

- Desalineamiento en el acoplamiento.

Estadísticamente se indica que el índice de Fallas es el siguiente: Ver Figura 3 .1

Según nuestra Experiencia podemos agrupar las fallas por zonas o sectores de fallas en los

motores eléctricos, los cuales no permitirán poder analizar una falla ocurrida, estos grupos

pueden ser:

3 .1 Circuito de Alimentación Electrica.

3.2 Calidad de energía.

3.3 Aislamiento.

3.4 Estator.

3.5 Rotor.

Stator 37%

Rotor

10% Other 12%

Bearing

41%

Figura 3 .1 Estadísticas de Falla Motores Eléctricos

3.1 Circuito de Alimentación Electrica.

Inicia desde el Tablero de Control del Motor Eléctrico (CCM) hasta la caja del Motor en sí, este agrupa los cables de alimentación, los bornes de conexión, los componentes del tablero eléctrico (CCM) con sus respectivas protecciones y la condición de esta instalación. Muy usualmente en esta zona de análisis los falsos contactos es el principal causante de la falla lo cual genera que a pesar de que el motor eléctrico se encuentre en buenas condiciones este se dañe.

Un falso contacto genera un punto de alta resistencia, el problemas de tener conexiones de alta resistencia (se oponen al paso de la corriente) generan entre las más importantes:

- Generación de armónicas -. Desbalances de voltaje -. Des balances de corriente

En la práctica las conexiones de alta resistencia son causadas por: - Terminales corroídos.

- Cables sueltos. : Barras sueltas.

- Porta fusibles corroídos.

- Conexiones entre Aluminio - cobre. - Diferentes tamaños de conductores.

(prueba estática con motor fuera de servicio). El Multimetro debe indicar que las tres lecturas entre las fases deberían ser casi idénticas, su desbalance resistivo debe ser menor a un5%.

Con Motor en Servicio el circuito se evalúa al detectarse desbalances de voltaje en

cualquiera de las fases. La existencia de un desbalance mayor al 5% es un indicativo de

falla por falso contacto.

Actualmente se emplea termografia en el análisis de motores eléctricos, es un tema que analizará en el capitulo IV del presente informe.

3.2 Calidad de Energía

El análisis de la energía recibida nos indica muchas fallas en un motor eléctrico. Existen varios factores involucrados en la calidad de energía; distorsión armónica tanto de voltaje como de corriente, picos de voltaje, desbalances de voltaje y factor de potencia por mencionar algunos.

3.2.1 Desbalance de Tensión

Cuando los voltajes de línea aplicados a un motor no son equilibrados se desarrollan

corrientes desbalanceadas en los devanados del estator, a estas se les conoce como

corrientes de secuencia negativa y reducen el torque del motor. Se producen dos efectos

importantes, aumenta la temperatura en el devanado y aumenta su vibración. Un aumento

de la temperatura por encima de su valor permitido provoca daños al aislamiento; el

aumento en los niveles de vibración provoca solturas mecánicas (pernos de tapas o bases

del motor, pernos de horneras y otros), Ver Figura 3.2

De acuerdo al desbalance de voltaje en los Motores eléctricos la Potencia se ve afectada. Teóricamente siendo el desbalance de voltaje menor al 5% existe un factor el cual reduce la capacidad de empleo en cuanto a la Potencia se refiere.

3.2.2 Presencia de Armónicas

La presencia de Armónicas se verá en el capitulo IV del presente informe

3.3 Aislamiento

Cuando hablamos de la condición de aislamiento nos referimos a la resistencia que existe

entre este a tierra (RTG, en ingles). La Resistencia de aislamiento nos indica que tan buen

aislamiento posee un motor eléctrico.

aislamiento se contamina de material conductivo y conduce suficiente corriente a la

carcasa o núcleo del motor que está conectado a tierra.

Factor de Potencia Vs. Porcentaje de Caída de Tensión

1

Figura 3.2 Factor de Potencia vs Porcentaje de Caída de Tensión

La máxima temperatura de operación de un motor / generador depende principalmente de

los materiales usados en su construcción, existen varias clases, pero las más usadas son:

Aislamiento clase B, temperatura máxima l 30ºC

Aislamiento clase F, Temperatura máxima 155°C

Aislamiento clase H, temperatura máxima 180ºC

Dichas temperaturas máximas, son a las cuales el aislamiento podría fallas.

El aislamiento pierde muy rápido sus propiedades al aumentar la temperatura, este mismo

motor en vez de durar aproximadamente 15 años, duraría alrededor de 3 años. Ver Figura

3.3

El determinar la causa raíz de una falla en el aislamiento de un motor, puede involucrar

alguno de estas causas posibles:

· Circuito de Alimentación: Una conexión de alta resistencia, produce un voltaje de línea

des balanceada.

Armónicas: que introducen corrientes de secuencia negativa y sobrecalentando el

devanado.

· Ambiental: Contaminación en el motor.

- En la práctica es fácil diagnosticar una falla en el aislamiento de un motor. El utilizar un

información completa, otro aspecto importante de resaltar es que el Institute of Electrical

and Electronic Engineers (IEEE) basa los límites de aislamiento a una temperatura de

40ºC.

rn

·-Cuadro de Medición de Aislamiento V s Curva Corregida (Tiempo de 1 año)

1400.00

Figura 3.3 Medición de Aislamiento en un Año - Curva Corregida

- Por eso es importante hacer lectura con corrección de temperatura, de otro modo se

tendrían valores con variaciones altas y bajas. La norma de la IEEE y la cual aplicamos en

la experiencia indica que se debe de calcular el Indice de Polarización (Polarization lndex

PI); es el valor de aislamiento tomado a los 1 O minutos entre el valor de 1 minuto,

básicamente da una indicación de la pendiente del perfil del índice de polarización; un PI

de 2.0 según IEEE es aceptable para aislamientos clases B, F y H; sin embargo en la

practica motores con sistemas de aislamiento inestables pueden dar valores cercanos a 2.0;

Estos casos se ven frecuentemente en Motores de Uso Marino. Ver Figura 3.4 . Es

recomendable evaluar el perfil del índice de aislamiento y no solo este valor obtenido.

Esta es una medición realizada a un Motor Eléctrico de perforadora (160HP 440Vac) de la

Cia. Odebrecht PERÚ índica un aislamiento inestable por contaminación severa. Existe

posible daño o resquebrajamiento del aislamiento. La prueba del Indice de Polarización es

una prueba que se realiza con voltaje CD y no es potencialmente destructiva como lo son

otro tipo de pruebas como Hi-Pot y la prueba de Impulso, que se utilizan también para este

efecto.

ti)

Figura 3 .4 Medición del Índice de Polarización

En un estator es importante el diagnosticar: los devanados, el aislamiento entre vueltas,

juntas de soldado entre las espiras y el núcleo del estator o laminaciones.

La falla más común es un corto entre vueltas, esto reduce la habilidad de producir un

campo magnético balanceado. Esto a la vez trae otras consecuencias como un aumento en

la vibración de la máquina, ruido y por ende degradación del aislamiento y daños a los

rodamientos del motor. Generalmente este tipo de cortos aumenta la temperatura y el corto

se expande a un corto entre espiras y daña completamente el motor.

Otra falla observada es la falla entre fases, un corto de este tipo acelera rápidamente el

daño al motor eléctrico.

Fallas de este tipo pueden ocurrir varias veces en un motor y no resultan en una falla a

tierra. Debido a esta razón, el utilizar solamente un Meghometro Digital como herramienta

predictiva es insuficiente ya que este tipo de fallas pueden ser pasadas por alto. Sí el núcleo

del motor se llegase a dañar el reemplazo del motor sería total.

El diagnóstico de esta zona de falla puede ser efectuada directamente en los terminales del

motor o desde el Centro de Control de Motores (CCM).

La prueba estática involucra mediciones de inductancia entre fases, para esto se envían

señales de CA a alta frecuencia, y se calcula un desbalance inductivo. Un desbalance

presente implica que las fases producen campos magnéticos desbalanceados y que muy

toman valores de resistencia, si excede un valor predeterminado indica que pueden existir conexiones de alta resistencia en el circuito hacia el motor o en las juntas de soldado.

3.5 Rotor

Cuando nos referimos a la condición de un rotor se deben de revisar; las barras, laminaciones y los anillos de corto circuito.

Un estudio del EPRI mostró que un 10% de fallas en motores se debió al rotor. Una barra rota genera un calor intenso en la zona de ruptura y puede destruir el aislamiento cercano a las laminaciones y el devanado estatórico colapsara.

Usualmente, muchas veces, los problemas en las barras del rotor no son fácilmente detectables con tecnologías comunes y se obvia como causa-raíz. Hemos tenido la experiencia de muchas empresas que rebobinan varias veces un motor sin saber que la raíz del problema en el devanado estaba en el rotor.

Una prueba de magnetismo detecta un problema en el rotor. La prueba es estática y

relaciona el magnetismo entre el rotor y el estator. Ver Figura 3.5.

La prueba se realiza al rotor en incrementos específicos ( determinados por el número de polos del motor) y tomando la lectura en el cambio de inductancia para cada fase.

Dinámicamente se identifica las barras rotas en un análisis de corriente del motor, esta se desarrolla al tomar la señal corriente de las tres fases del motor y se pasa al dominio de la frecuencia (FFT). Ver Figura 3.6.

El análisis dinámico identifica una falla en el rotor como una banda lateral, a la frecuencia de línea a una frecuencia llamada frecuencia de paso de polo (Fp ).

@' 34.00

Posición del Rotor ( en Grados Centígrados)

Al utilizar tanto el análisis estático como dinámico para diagnosticar un problema en un

rotor se tiene un alto nivel de confi� especialmente cuando se tiene que sacar un motor

importante de servicio.

Una prueba de Magnetismo del Motor se puede representar de la siguiente forma, para el

caso de un motor normal.

Una prueba de Magnetismo del Motor con barras rotas muestra valores de inductancia

erráticos y periódicos causados por la distorsión del flujo alrededor de la barra rota.

Rotor con Barras Rotas

4.500

4.450

4AOO

4.350+--+-t--i>---+--+--+--+--+---+---+--+--+--+--+-l--i--+--t

o sm��������$OO�romoo�ro

Posición del Rotor (en Grados Centigrados)

Figura 3.6 Prueba de Magnetismo - Rotor con Barras Rotas

La Figura 3.7 muestra problema en un rotor obtenido mediante un análisis de corrientes .

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3.6 Excentricidad

El rotor de un motor / generador debe estar centrado, existe un pequeña luz entre ellos a los

360º uniformemente.

Si esta luz no se encuentra correctamente distribuida uniformemente se producen campos

magnéticos desiguales o rozamiento con el estator con dafios graves en ambas partes.

Se ha discutido ampliamente el efecto adverso que provocan estos campos magnéticos

desiguales que a la larga resultará en una falla en el aislamiento y falla en los rodamientos.

El problema que se presenta se conoce como un problema de excentricidad y se tiene 02

tipos:

Excentricidad estática, en la cual el rotor esta descentrado pero fijo en un lugar

generalmente este tipo de problemas es causado cuando los alojamientos de los

rodajes están desalineados por un inadecuado alineamiento o por que la carcasa del

motor fue torcida cuando se instalo en su base. Figura 3.8.

Excentricidad dinámica, en la cual el rotor se balancea dentro del estator lo cual

genera una variación de la inductancia. es causado por un eje doblado (deflexión del

eje) Ver Figura 3.8

Figura 3.8 Excentricidad Estática

3.7.- Influencia de las Corrientes Armónicas en el Funcionamiento de los Motores.

Los equipos de control electrónicos de control de Motores de nueva generación tales

como V ariadores de velocidad y Arrancadores de Estado Sólido crean distorsiones

importantes en la forma de onda de voltaje, a estas se les conoce como armónicas. Ver